化学平衡基本知识和规律

化学平衡的基本知识和规律 一、化学反应速率 1．概念 定义：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示化学反应速率。 公式：＝ 单位：mol/L·s、mol/L·min等。 说明：反应速率只取正值，为平均值。表示反应速率时要注明是用某物质表示的，用不同物质来表示同一反应的反应速率，其数值不一定相同，但其数值之比值应等于化学方程式中相应物质的化学计量数比。 2．外界条件对反应速率的影响 (1)浓度：增大气体或溶液反应物的浓度可以加快反应速率。对于可逆反应，增加反应物浓度可加快正反应速率，增加生成物浓度可加快逆反应速率。 (2)压强：增大气体反应物的压强实质上是增加了气体反应物的浓度，也可以加快反应速率。对于可逆反应，增加压强对气体体积减少的反应的影响比对气体体积增大的反应的影响大得多。 (3)温度：升高温度，可以成倍地加快反应速率。每升高10℃，化学反应速率一般增大2～4倍。对于可逆反应，升高温度对吸热反应的影响比对放热反应的影响大得多。例外：(1)2NO＋O22NO2，温度升高，反应速率减慢；(2)酶的催化，在温度过高时，活性减小，速率减慢。(4)催化剂：使用正催化剂可以成千千上万万倍地加快反应速率。例如，二氧化硫氧化为三氧化硫，使用催化剂的速率是不使用催化剂的速率的一亿六千万倍；全成氨反应中，使用催化剂的速率是不使用催化剂的速率的1016倍。使用负催化剂可以抑制有些化学反应的进行。 (5)接触面积：增大固体表面积，可以加快反应速率。增加固体的量，或将固体粉碎，以及混合、搅拌等都可以增大参加反应物质的接触面积。 (6)光、超声波、激光、放射线、电磁波、反应物颗粒大小、扩散速率、溶剂等对化学反应速率都有影响。 3．催化剂 概念：能改变化学反应速率，而本身的性质和质量都不改变的物质。(一变两不变)特点：①催化剂有选择性；②有一定的活性温度；③催化剂不一定不参加反应，有的催化剂可与反应物生成中间生成物，有的则通过吸咐起作用；④对于可逆反应，催化剂同等程度地改变反应速率，因而不能改变反应物的转化率，但可缩短反应达到化学平衡的时间；⑤有些物质可使催化剂出现暂时中毒或永久中毒。85%以上的化工生产都要使用催化剂。有些反应没有用催化剂，不是因为不需要催化剂，而是目前找不到合适的催化剂。分类：正催化剂：加快反应速率。负催化剂：减缓反应速率。如缓蚀剂。二、化学平衡化学平衡状态1定义：在一定条件下的可逆反应，正反应和逆反应的速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变时的状态。 2化学平衡特点 动：动态平衡：总＝0，正＝逆0 定：当一个可逆反应达到平衡时，所有参与物的浓度和可观测的性质都保持恒定。具体表现为“一等六定”：一等：正逆反应速率相等；六定：①物质的量一定，②平衡浓度一定，③百分含量保持一定，④反应的转化率一定，⑤产物的产率一定，⑥正反应和逆反应速率一定。平衡时，反应物的转化率最大，产物的产率最大。同：平衡的到达与途径无关。在相同的条件下，一个可逆反应，无论从正反应开始，还是从逆反应开始，或是正、逆反应同时开始，都可以建立相同的平衡状态。 变：平衡可以发生移动。 3化学平衡状态的判断： 除了上述的“一等六定”外，还可考虑以下几点：同一物质单位时间内的消耗量与生成量相等。不同物质间消耗物质的量与生成物质的量之比符合化学方程式中各物质的化学计量数比。一定条件下，反应物的转化率最大，或产物的产率最大。对于有颜色变化的可逆反应，颜色不再改变时。对于反应前后气体总体积不变的可逆反应，还可考虑以下几点：反应混合物的平均相对分子量不再改变。反应混合物的密度不再改变。反应混合物的压强不再改变。还可以从化学键的生成和断裂的关系去判断是否处于化学平衡状态。 2．化学平衡移动 1化学平衡移动的判断 当条件改变时，m生增加，表示平衡向右移动；m反增加，表示平衡向左移动。 判断原则：当正＞逆，平衡向右移动；当正＝逆，平衡不移动；当正＜逆，平衡向左移动。 2外界条件对化学平衡的影响 浓度：在其它条件不变时，增大任意反应物的浓度或减小任意生成物的浓度，平衡向正反应(右)方向移动；减小任意反应物的浓度或增大任意生成物的浓度，平衡向逆反应(左)方向移动。注意：指气体或溶液的浓度，增加固体或纯液体的量，平衡不移动。 压强：在其它条件不变时，增大平衡体系的压强，平衡向着气体体积缩小(分子数减小)的方向移动；减小平衡体系的压强，平衡向着气体体积增大(气体分子数增多)的方向移动。注意：无气体存在的反应，或反应前后气体体积不改变的反应，改变压强平衡不发生移动。 温度：在其它条件不变时，升高平衡体系的温度，平衡向着吸热反应的方向移动；降低平衡体系的温度，平衡向着放热反应的方向移动。 勒沙特列原理：当改变影响平衡的一个条件，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 注意：①只适用于已建立平衡状态的体系；②只改变一个条件；③平衡移动的结果是“减弱”，而不是“消除”这种影响。3．有关平衡移动的一些规律和注意问题： 1化学平衡移动不是由内因造成的，而是由外因，即条件的变化所引起。化学平衡移动实质上是外部条件的改变对平衡体系的正、逆反应速率不公正的影响，造成正、逆反应速率的均衡被打破的结果。因此，凡能不等同地改变正、逆反应速率的条件都能引起平衡移动。 2平衡移动，一般会造成速率、平衡浓度、百分含量等都发生变化，但速率、平衡浓度变了，并不意味着平衡一定发生移动。如催化剂的影响，以及对于反应前后气体无体积变化的反应中压强的影响，都有速率变化，而无平衡移动。因此，平衡移动与否应该看百分含量是否改变。 3化学平衡右移，生成物的物质的量必定增加。 4物质的量浓度既与溶质物质的量有关，也与溶液体积有关。因此，只有定容时，平衡右移，生成物的浓度才增加。 5物质的百分含量既与本身物质的量或气体体积有关，也与总的物质的量或气体总体积有关。因此，只有不改变体系总质量时，平衡右移，生成物的百分含量才会增加。即此时物质的量、浓度、产率和百分含量才会有一致的关系。 6在反应混合物总质量不变的前提下如压强或温度的变化使化学平衡移动时，化学平衡总是各向着平衡混合物某组成成分百分含量增大的方向移动。百分含量越大，平衡移动的程度越大。 7由于增加一反应物的浓度，化学平衡向正反应方向移动，另一反应物的转化率要增大，生成物的浓度要增大。但由于浓度增加引起平衡时反应混合物总的物质的量的增加，生成物的百分含量不一定会提高，该反应物的转化率往往会减少。 8同一反应中不同反应物的转化率一般并不相等，相等只是偶然的巧合。但如果两反应物的起始浓度或起始物质的量，或起始气体体积之比刚好等于化学方程式中两反应物的系数之比，那末两反应物的转化率才相等。生成物的产率也类似于此 9对于2HIgH2g＋I2g，增加HI的量，转化率不变。 10对气体反应来说，浓度和压强的影响是相同的，改变压强对反应速率的影响，实质上是浓度变化的影响；但二者又有区别，压强只对气体反应有影响，而浓度则对气体反应和溶液反应皆有影响；改变压强是对整个平衡体系而言，而浓度的改变可以是任意反应物或生成物。因此，在解释压强对化学平衡的影响时，要从浓度的变化去考虑；而在气体可逆反应中，若同时增大体积或缩小体积，即反应物和生成物浓度同倍改变时，无法判断平衡移动方向，此时应将浓度问题转化为压强问题考虑，才能判断平衡移动的方向。另外，对于加入惰性气体于定容或定压的密闭容器，平衡是否移动的问题，也要用这个规律去解决。加入惰性气体能否影响平衡，关键在于浓度是否改变。若定压可变密闭容器，由于体积增大，浓度减小，对于反应前后气体分子数不等的反应，平衡要发生移动；若定容固定密闭容器，尽管压强增大，因为各物质浓度未发生变化，平衡不发生移动。 11解题中要注意题中的字词，如“密闭容器”和“固定密闭容器”，定容还是定压。另外，还要考虑两类不同可逆反应的平衡状态和移动的情况： ①N2＋3H22NH3②2HIgH2g＋I2g ③4NO＋5O24NH3＋6H2O④Fe3O4＋4H23Fe＋4H2Og①和③可用压强、密度和平均相对分子量来判断平衡状态，而②却不可能，④与②不同的是可用平均相对分子量来判断平衡状态。4．化学平衡的有关计算 平衡计算涉及的可逆反应通式和实例： A＋3B2CN2＋3H22NH3 A2BN2O42NO22A2B＋C2SO32SO2＋O22NO22NO＋O2 AB＋CPCl5PCl3＋Cl2 A＋BC＋DCO＋H2O气CO2＋H2计算模式：mA＋nBpC＋qD初始量abcd变化量x平衡量a－xb－c－d－注意：初始量、变化量和平衡量可以是物质的量、物质的量浓度，对于气体还可用相同条件下的体积。可为具体数值，也可为相对量。对反应物而言，变化量为消耗量，对生成物而言，变化量为增加量。三种量的关系是：(c平)反＝(c初)反－(c变)反(c平)生＝(c初)生＋(c变)生一般可逆反应从正反应起，故：(c初)生＝0。变化量是平衡计算的关键，因为变化量始终是化学方程式中各物质的系数比。三、选择适宜条件氨的合成二氧化硫氧化为三氧化硫温度500℃500℃压强2×107～5×107Pa(中压法)常压下催化剂还原铁粉五氧化二矾浓度氮、氢以1∶2.8～3过量的氧气不断地引出氨气，补充原料气四、有关图象 图象问题包括利用图象解题和根据题意作图。前者图象是已知条件，要求明白坐标轴代表的是什么量，弄清图中曲线的形状和涵义，找出相关的化学规律和关系解题；后者图象是解答结果，要求通过相关条件找出“起点、终点和拐点”，弄清图线是“直线、弧线和曲线”，然后正确作图。 根据图象解题有以下一些情况和规律： 1．—T图：表示＝T。随温度变化，正、逆反应速率也在变化，T，吸，放，由于温度变化对吸热方向速率的影响大于对放热方向速率的影响，表示吸热方向速率的曲线的斜率应大些。 2．表示平衡移动中的速率。T1时的平衡，升温到T2时建立新平衡，吸，放，吸曲线始终在上方。有学生认为靠近T2时，吸曲线的斜率变小了，不正确。其实，温度从T1上升到T2，吸，放，这时速率的改变要影响到反应物和生成物的浓度，由于吸增加得多，相应物质的浓度减少得多，将使其速率减缓；而相反方向的物质浓度增加得多，将使其速率增加，最终达到吸＝放，建立新的平衡状态为止。 3．图中的转折点最低点或最高点是平衡点，因此，转拐之前看速率，转拐之后看平衡移动。图中纵坐标可表示某种量：浓度、气体体积、百分含量、反应物的转化率或产物的产率，横坐标表示外部条件，如温度、压强或浓度。 4．三维图：一般是某种量—T—P，可将三维图转化为二维图：某种量—T和某种量—P进行分别分析。 5．速率时间图：＝t，用来表示化学平衡移动。包含的规律如下：上方速率决定移动的方向，如正在上，则平衡向正反应移动。温度、压强影响要断线，浓度影响线相连。催化剂不影响平衡，但速率要改变，故平行线上移。两平行线距离较大。 ④对反应前后气体总体积不改变的可逆反应，改变压强平衡不移动，但由于反应速率要改变，故平行线上移或下移。两平行线距离较小。 例如：1．可逆反应nX(g)＋Y(g)mZ(g)－Q(Q＞0)的X％与温度关系如下图所示，图中曲线上a、d点是代表平衡时X％与温度关系的两点，b、c两点是反应混合物未平衡时的两点。若研究时于密闭容器中以定压进行反应，当正＞逆时，则在右图中，表明此种情况下的点是(B)A.a点B.b点C.c点D.d点 2．等质量的两份锌粉a和b，分别加入过量的稀硫酸中，a中同时加入少量CuSO4溶液，下列各图中表示其产生氢气总体积(V)与时间(t)的关系正确的是(A) ABABCDaaaabbbbttttVVVV 3．反应2X(g)＋Y(g)2Z(g)＋热量，在不同温度(T1和T2)及压强(p1和p2)下，产物Z的物质的量(nZ)与反应时间(t)的关系如图所示。下述判断正确的是(C)A.T1＜T2，p1＜p2MCE9719B.T1＜T2，p1＞p2C.T1＞T2，p1＞p2D.T1＞T2，p1＜p2 MCE97194．可逆反应2A(g)＋nB(g)mC(g)在温度分别为T1、T2，压强分别为P1、P2的条件下，测得C的量与时间的关系如下图。根据图分析，P1、P2的大小关系为________________；反应式中系数m和n的关系是________________；该反应的逆反应是_____热反应。4P2＞P1；m＞2＋n；吸5．可逆反应：aA(g)＋bB(g)cC(g)＋dD(g)＋Q试根椐下图回答：(1)压强p1比p2________(填大、小)；(2)体积(a＋b)比(c＋d)_______(填大、小)；(3)温度t1℃比t2℃_______(填高、低)(4)Q值是______(填正、负)5(1)小(2)小(3)高(4)负A％压强0P·6．对于反应xA(g)＋A％压强0P·D(s)，A的百分含量与外压强有如下图的关系，(容器体积、温度不变)则：(1)P点左面曲线表示为________________________________________________________________；(2)X(＜、＝、＞)_____Y，其理由是：_________________________________________________________________________________________。6(1)在未达平衡前的情况(2)＜；达到平衡点P后加压，A％增加，说明平衡向左移动了7．如图所示在某温度下经t时间反应后，物质X、Y、Z、W的物质的量的变化情况。试回答：(1)反应物是___________，生成物是____________；(2)所发生反应的化学方程式_____________________________________________；(3)已知反应物是由短周期元素组成的单质，在常温下一种为固体，另一种为气体，生成物Z和W在常温下一种为液体，另一种为固体，其中一种是重要的化工原料，用来制造敌百虫等多种农药。则此反应物是_____________(写单质的名称)。7(1)X和Y；Z和W(2)4X＋2Y＝Z＋W(3)磷和氯气8．相等物质的量的X气体和Y气体混合后，一定条件下发生反应：Xg＋YgnZg。保持压强不变，经时间t，Z气体在反应混合物中的体积分数与温度T的关系如图Ⅰ所示。 1此反应的正反应方向是填吸热或放热反应。 2T1表示此反应在时间t内达化学平衡时的填最高或最低温度。若保持T1不变此时间为t1，请在图Ⅱ上描绘出Z%与时间t的关系曲线。 3在T＜T1的某一温度时，该反应能否建立平衡填能或不能。 4若在T2时增大压强，达新平衡时Z%将增大，则化学方程式中n的取值为。 81放2最低；3不能419．可逆反应：H2(g)＋I2(g)2HI(g)＋8.8kJ，在一定条件下达到平衡，请回答下列有关问题：(1)若增大压强，使上述平衡混合气体体积缩小，此时平衡_______________，所观察到的现象是______________________________，其原因是__________________________________________________。(2)若升高温度，平衡所受到的影响是___________，所观察到的现象是，其原因是。(3)完成下图，以表明在t时刻以后的变化。(温度T2＞T1)9(1)不移动；颜色加深；增大压强体积缩小，碘的浓度增大向逆反应方向移动；颜色加深；升高温度生成碘的浓度增大(3)如下图表1化学反应速率和化学平衡的区别和联系

反应速率化学平衡问题范围影响因素时间反应快慢——生产周期(时间)可逆反应和不可逆反应内因一一性质(起决定作用)外因一一条件(C、P、T和催化剂等)＝(t)反应程度——产率可逆反应外因一—条件(C、P、T)(起决定作用)平衡状态≠(t)联系(1)反应速率大小与建立平衡状态时间的关系反应速率快达到平衡的时间短反应速率慢达到平衡的时间长(2)正、逆反应速率与建立平衡状态的关系正＝逆建立平衡状态(3)正、逆反应速率与平衡移动的关系正＞逆平衡向右移动正＝逆平衡不移动正＜逆平衡向左移动(4)平衡时，随时间推移正、逆反应仍在进行平衡状态不变正＝逆≠0动态平衡状态在上述对比中，还可以将有关图象结合起来。由联系(1)可以得出图1，并可知A＜B；由联系(2)可得出图2，并可知条件不变，即得到一条平衡于时间轴的直线；由联系(3)可得出图3，并可知强者决定平衡移动的方向，即图中上方速率决定平衡移动的方向。表2条件对可逆反应中速率(当条件改变时的瞬时速率)和平衡的影响

条件变化正逆正、逆的关系平衡移动方向平衡转化率浓度增大反应物浓度增大不变正＞逆向正反应方向移动增大(另一反应物)减小反应物浓度减小不变正＜逆向逆反应方向移动减小增大生成物浓度不变增大正＜逆向逆反应方向移动减小减小生成物浓度不变减小正＞逆向正反应方向移动增大压强增大压强或缩小气体体积增大增大反应前后气体体积不变，正、逆反应速率增大倍数相同，正＝逆不移动不变正反应是气体体积缩小的反应，正增大的倍数＞逆增大的倍数。向气体体积减小，即正反应方向移动。增大正反应是气体体积增大的反应，正增大的倍数＜逆增大的倍数。向气体体积减小，即逆反应方向移